专利名称：透镜阵列单元和图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及透镜阵列单元和图像显示装置，尤其涉及能够电控制实现三维显示的透镜效应的发生的透镜阵列单元和图像显示装置。
背景技术：
过去，已经知晓了通过使观看者的左右眼睛观看引起视差的视差图像来实现立体视觉的方法。还知晓了观看者必须使用专用眼镜来实现立体视觉的方法和观看者不需要使用专用眼镜的方法。必须使用专用眼镜的方法已经应用于例如剧院中的屏幕设备或者电视机。不需要专用眼镜的方法已经被考虑应用到除了电视机之外的便携式电子设备的显示，该便携式电子设备例如为智能电话、移动电话、便携式游戏机和网络笔记本计算机。在不需要专用眼镜的方法的特定示例中，用于三维显示的将来自二维显示装置的显示图像光束偏转到多个视角的光学装置与诸如液晶显示器的二维显示装置组合使用。平行设置多个圆柱透镜的透镜阵列是已知的用于三维显示的光学装置。例如，在两眼并用的立体视觉中，立体效果可通过使左右眼观看不同的视差图像而相对于观看者的视觉来获得。从而，为了实现立体效果，在垂直方向上延伸的多个圆柱透镜平行地设置在水平方向上以面对二维显示装置的显示表面，并且来自二维显示装置的显示图像光束被向左和向右偏转，以使得左右视差图像恰好达到观看者的左眼和右眼。除了圆柱透镜外，还知晓采用液晶透镜的可切换透镜阵列单元(在下文，称为“液晶透镜阵列单元”)(例如，见JP-A-2008-9370)。液晶透镜阵列单元可以电变换等同于圆柱透镜的透镜效应的显示状态。从而，通过在二维显示装置的屏幕上形成液晶透镜阵列单元，可以使基于非透镜效应状态的二维显示模式和基于透镜效应状态的三维显示模式的两种显示模式相互切换。
发明内容
如上所述，采用液晶透镜阵列单元的三维显示被考虑应用到诸如智能电话的便携式电子设备。然而，在此情况下，应当满足下面的要求。就是说，在这样的电子设备的某些显示中，显示状态可以切换到垂直方向长的状态(在屏幕的横纵比方面垂直侧较长的状态)和水平方向长的状态(在屏幕的横纵比方面水平侧较长的状态)。从而，需要不考虑显示状态地实现三维显示。另外，如果整个屏幕可切换到二维显示模式和三维显示模式之一并且屏幕的一个区域和另一个区域可以同时分别设定到二维显示模式和三维显示模式，那么将很方便。通常，因为三维显示在分辨率上低于二维显示，所以可以考虑将需要高分辨率的图像部分设定到二维显示模式，而将其它部分设定到三维显示模式。还可以考虑将一区域部分地设定到二维显示模式，在该区域中需要显示包括不需要三维显示的部分的映像素材。例如，可以考虑仅照片显示为三维显示模式，而其说明文本显示为二维显示模式。
因此，所希望的是能使三维显示模式的区域设定在屏幕上的任意位置，而与屏幕的方向无关(与屏幕的垂直方向长的状态或者水平方向长的状态无关)。根据本发明的一个实施例，所提供的透镜阵列单元包括第一基板和第二基板，设置为彼此相对且相隔一定的距离；第一电极组，形成在第一基板的面对第二基板的表面上， 并且构造为在第一方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置；第一开关组，将给第一电极组施加电压的第一电压发生器连接到第一电极组的电极；第二电极组，形成在第二基板的面对第一基板的表面上，并且构造为在非第一方向的第二方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置；第二开关组，将给第二电极组施加电压的第二电压发生器连接到第二电极组的电极；以及液晶层，设置在第一基板和第二基板之间，包含折射率各向异性的液晶分子，并且根据施加给第一电极组和第二电极组的电压通过改变液晶分子的取向方向而引起透镜效应，其中与由平行于第一方向的线段和平行于第二方向的线段限定的区域对应的液晶层的透镜效应通过切换第一和第二开关组而改变。施加给第一电极组和第二电极组的电压的状态可通过切换第一和第二开关组而改变，并且液晶层可电切换到非透镜效应状态、第一透镜状态和第二透镜状态中的任何一个，在非透镜效应状态中由平行于第一方向的线段和平行于第二方向的线段限定的区域不发生透镜效应，在第一透镜状态中发生如同在第一方向上延伸第一圆柱透镜的透镜效应， 在第二透镜状态中发生如同在第二方向上延伸第二圆柱透镜的透镜效应。当第一电极组的多个电极与第二电极组的多个电极电势相同时，液晶层可切换到非透镜效应状态。当公共电压施加给第一电极组的所有多个电极且驱动电压仅选择性地施加给第二电极组的多个电极当中位于与第二圆柱透镜的透镜节距对应的位置处的电极时， 液晶层可切换到第二透镜状态。当公共电压施加给第二电极组的所有多个电极且驱动电压仅选择性地施加给第一电极组的多个电极当中位于与第一圆柱透镜的透镜节距对应的位置处的电极时，液晶层可切换到第一透镜状态。第一电极组可包括在第一方向上延伸且具有第一宽度的多个第一电极和在第一方向上延伸且具有大于第一宽度的第二宽度的多个第二电极，并且第一电极组可构造为第一电极和第二电极平行地交替设置。第二电极组可包括在第二方向上延伸且具有第一宽度的多个第一电极和在第二方向上延伸且具有大于第一宽度的第二宽度的多个第二电极，并且第二电极组构造为第一电极和第二电极平行地交替设置。当第一电极组的多个电极与第二电极组的多个电极电势相同时，液晶层可切换到非透镜效应状态。当公共电压施加给第一电极组的所有多个电极且驱动电压仅选择性地施加给第二电极组的多个电极当中的第一电极时，液晶层可切换到第二透镜状态。当公共电压施加给第二电极组的所有多个电极且驱动电压仅选择性地施加给第一电极组的多个电极当中的第一电极时，液晶层可切换到第一透镜状态。当驱动电压仅选择性地施加给第二电极组的多个电极当中的第一电极且第二电极接地时，液晶层可切换到第二透镜状态。当驱动电压仅选择性地施加给第一电极组的多个电极当中的第一电极且第二电极接地时，液晶层切换到第一透镜状态。当公共电压施加给第一电极组的所有多个电极且第二驱动电压仅选择性地施加给第二电极组的多个电极当中的第一电极时，液晶层可切换到第二透镜状态。当公共电压施加给第二电极组的所有多个电极且第一驱动电压仅选择性地施加给第一电极组的多个
7电极当中的第一电极时，液晶层可切换到第一透镜状态。第一驱动电压和第二驱动电压可以是电压振幅相同而相位相差180°的矩形波。第一电极组的第一电极可以以与第一圆柱透镜的透镜节距对应的间隔设置。第二电极组的第一电极可以以与第二圆柱透镜的透镜节距对应的间隔设置。第一方向和第二方向可彼此垂直，液晶层可电切换到第一方向上的透镜效应状态或者第二方向上的透镜效应状态。第二方向可与第一方向以(90° -Θ)的角度交叉，液晶层可电切换到第一方向上的透镜效应状态或者第二方向上的透镜效应状态。θ可设定为满足tad =1/3。在本发明的一个实施例中，通过切换第一和第二开关组，与由平行于第一方向的线段和平行于第二方向的线段限定的区域对应的液晶层的透镜效应改变。根据本发明的另一个实施例，所提供的图像显示装置包括显示面板，进行图像显示；透镜阵列单元，设置为与显示面板的显示表面相对，并且选择性地改变来自显示面板的光束的通过状态；检测装置，用于检测设置为与透镜阵列单元相对的显示面板被使用的方向；设定装置，用于在屏幕上设定一区域；以及开关控制装置，用于控制开关。这里，透镜阵列单元包括第一基板和第二基板，设置为彼此相对，并且相隔一定的距离；第一电极组， 形成在第一基板的面对第二基板的表面上，并且构造为在第一方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置；第一开关组，将给第一电极组施加电压的第一电压发生器连接到第一电极组的电极；第二电极组，形成在第二基板的面对第一基板的表面上，并且构造为在非第一方向的第二方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置； 第二开关组，将给第二电极组施加电压的第二电压发生器连接到第二电极组的电极；以及液晶层，设置在第一基板和第二基板之间，包含折射率各向异性的液晶分子，并且根据施加给第一电极组和第二电极组的电压通过改变液晶分子的取向方向而引起透镜效应。在此情形下，根据检测到的显示面板被使用的方向和屏幕上的设定区域，开关控制装置切换第一开关组和第二开关组，从而改变与所述区域对应的液晶层的透镜效应。给第一电极组和第二电极组施加的电压的状态通过切换第一开关组和第二开关组而改变，并且液晶层电切换到非透镜效应状态、第一透镜状态和第二透镜状态中的任何一个，在非透镜效应状态中由平行于第一方向的线段和平行于第二方向的线段限定的区域不发生透镜效应，在第一透镜状态中发生如同在第一方向上延伸第一圆柱透镜的透镜效应，在第二透镜状态中发生如同在第二方向上延伸第二圆柱透镜的透镜效应。通过将透镜阵列单元切换到非透镜效应状态、第一透镜状态和第二透镜状态之一，显示状态被电切换到二维显示或三维显示。通过将透镜阵列单元设定到非透镜效应状态并且不偏转而是透射来自显示面板的显示图像光束，可实现二维显示。通过将透镜阵列单元设定到第一透镜状态且将来自显示面板的显示图像光束偏转到垂直于第一方向的方向上，可实现当两眼位于垂直于第一方向的方向上时能获得立体效果的三维显示。通过将透镜阵列单元设定到第二透镜状态并且将来自显示面板的显示图像光束偏转到垂直于第二方向的方向上，可实现当两眼位于垂直于第二方向的方向上时能获得立体效果的三维显示。在本发明的另一个实施例中，与设定区域对应的液晶层的透镜效应通过切换第一和第二开关组而改变。根据本发明的一个实施例，能够在屏幕上的任意位置获得用于实现三维显示模式区域的透镜效应，而与屏幕的方向无关。根据本发明的另一个实施例，能够在屏幕上的任意位置设定三维显示模式区域， 而与屏幕的方向无关。
图IA至IC是示出根据本发明实施例的智能电话的外观的示意图。图2是示出液晶透镜阵列单元的构造的截面图。图3是示出液晶透镜阵列单元的第一和第二电极组的透视图。图4是示出液晶透镜阵列单元的第一和第二电极组的透视图。图5是示出用于控制液晶透镜阵列单元的构造的框图。图6A和6B是示出显示器的使用与给电极施加的电压状态的示意图。图7A和7B是示出显示器的使用与给电极施加的电压状态的示意图。图8A和8B是示出显示器的使用与给电极施加的电压状态的示意图。图9A和9B是示出显示器的使用与给电极施加的电压状态的示意图。图10是示出显示器的使用与给电极施加的电压状态的关系图。图IlA至IlC是示出给电极施加的电压的波形的示意图。图12是示出显示面板示例的示意图。图13A和1 是示出根据第一至第三示例的由第一电极组和第二电极组形成的角度的示意图。图14A和14B是示出根据第四至第六示例的由第一电极组和第二电极组形成的角度的示意图。图15是示出第一至第六示例中的参数值的示意图。图16是示出用于评测三维显示的方法的示意图。图17A和17B是示出三维显示区域示例的示意图。图18是示出第一至第六示例中的评测结果的示意图。
具体实施例方式在下文，将参考附图详细描述本发明的实施方式(在下文，称为“实施例”)。<1.实施例〉[智能电话的构造]图IA至IC是示出根据本发明实施例的智能电话的外观的示意图。水平长度和垂直长度彼此不同的显示器2设置在智能电话1中。显示器2包括为二维显示装置的显示面板20和设置在显示面板20的屏幕上的液晶透镜阵列单元10(见图2)。智能电话1可在主体垂直设置的状态下使用，即在显示器2的状态为垂直方向长的状态下使用，如图IA和IB所示。如图IC所示，智能电话1可在主体水平倾斜90度的状态下使用，即在显示器2的状态为水平方向长的状态下使用。显示器2中显示内容的角度沿与显示器2的倾斜相反的方向调整。从而，智能电话1的用户(观看者)可以自然地观看所显示的信息，而与主体的倾斜无关。如图IB所示，当显示器2处于垂直方向长的状态时，具有任意尺寸的三维显示区域2-1提供在屏幕上用户指定的位置处。这时，屏幕上除三维显示区域2-1之外的区域用作二维显示区域。如图IC所示，当显示器2处于水平方向长的状态时，具有任意尺寸的三维显示区域2-2提供在屏幕上用户指定的位置处。这时，屏幕上除三维显示区域2-2之外的区域用作二维显示区域。尽管未示出，但是具有任意尺寸的二维显示区域可提供在屏幕上用户指定的位置处，而其它区域可设定为三维显示区域。[液晶透镜阵列单元的构造]图2是示出构成显示器2的液晶透镜阵列单元10的构造的截面图。如图所示，液晶透镜阵列单元10设置在显示面板20的显示表面20A上。通过根据显示模式控制屏幕上每个区域的透镜效应，液晶透镜阵列单元10选择性地改变来自显示面板20的光束的通过状态。显示面板20例如由液晶显示器或者有机EL形成。显示面板20在二维显示模式区域中基于二维图像数据进行图像显示，而在三维显示模式区域中基于三维图像数据进行图像显示。例如，三维图像数据是包括与三维显示中的多个视角对应的多个视差图像的数据，并且表示当进行两眼并用的三维显示时的右眼视差图像和左眼视差图像的数据。液晶透镜阵列单元10包括第一基板14、第二基板17以及设置在第一基板14和第二基板17之间的液晶层11，第一基板14和第二基板17设置为以距离d彼此相对。第一基板14和第二基板17是透明基板，例如由玻璃材料或树脂材料形成。第一电极组16形成在第一基板14的面对第二基板17的表面上，第一电极组16中在第一方向 (图中的X轴方向)上延伸的多个透明电极以一定的间隔在宽度方向(图中的Y轴方向) 上平行地设置。取向膜15形成在第一基板14上，第一电极组16设置在取向膜15和第一基板14之间。类似地，第二电极组19形成在第二基板17的面对第一基板14的表面上，第二电极组19中在非第一方向的第二方向(图中的Y轴方向)上延伸的多个透明电极以一定的间隔在宽度方向(图中的X轴方向)上平行地设置。取向膜18形成在第二基板17上，第二电极组19设置在取向膜18和第二基板17之间。液晶层11包含液晶分子13，并且通过基于施加给第一电极组16和第二电极组19 的电压改变液晶分子13的取向方向来控制液晶层11的透镜效应。根据针对每个区域而施加给第一电极组16和第二电极组19的电压的状态，液晶层11可将液晶透镜阵列单元10 电切换到非透镜效应状态、第一透镜状态和第二透镜状态这三个状态。每个液晶分子13具有折射率各向异性，并且具有例如折射率椭圆体结构，在该折射率椭圆体结构中透射光束的折射率在纵向方向和横向方向上变化。第一透镜状态是发生如同在第一方向上延伸第一圆柱透镜的透镜效应的状态。第二透镜状态是发生如同在第二方向上延伸第二圆柱透镜的透镜效应的状态。在该实施例的下面描述中，假设第一方向是图IA至IC中的X方向(附图表面中的水平方向)，并且第二方向是图IA至IC中的Y方向(附图表面中的垂直方向)。X方向和Y方向在基板平面中彼此垂直。然而，X方向和Y方向可以不彼此垂直。该情况将稍后参考图14A和14B进行描述。[液晶透镜阵列单元的电极结构]图3和4示出了液晶透镜阵列单元10的电极结构。图3是上下颠倒图2获得的状态，即第一基板14位于上侧而第二基板17位于下侧的状态。在第一基板14上设置的第一电极组16中，具有不同电极宽度的两种类型的电极交替地平行设置为多个透明电极。就是说，第一电极组16包括多个X方向的第一电极(第一电极16LY)和多个X方向的第二电极(第二电极16SY)，并且具有第一电极16LY和第二电极16SY交替地平行设置的构造。第一电极16LY在第一方向(X方向)上延伸并具有第一宽度Ly。第二电极16SY 在第一方向上延伸并具有大于第一宽度Ly的第二宽度Sy。第一电极16LY以一周期间隔平行设置，该周期间隔对应于产生透镜效应的第一圆柱透镜的透镜节距P。第一电极16LY和第二电极16SY设置为它们之间具有一定的距离。如图4所示，在第一方向上延伸的每个第一电极16LY的一个端部连接到X线发生器31以通过对应的开关33LY给第一电极组16施加预定的电压，而每个第一电极16LY的另一端通过对应的开关34LY接地。每个第二电极16SY的一个端部通过对应的开关33SY 连接到X线发生器31，而其另一端通过对应的开关34SY接地。类似地，在第二电极组19中，具有不同电极宽度的两种类型的电极交替地平行设置为多个透明电极。就是说，第二电极组19包括多个Y方向的第一电极(第一电极19LX) 和多个Y方向的第二电极(第二电极19SX)，并且具有第一电极19LX和第二电极19SX交替地平行设置的构造。第一电极19LX在第二方向(Y方向)上延伸并具有第一宽度Lx。第二电极19SX 在第二方向上延伸并具有大于第一宽度Lx的第二宽度Sx。第一电极19LX以一周期间隔平行设置，该周期间隔对应于产生透镜效应的第二圆柱透镜的透镜节距P。第二电极19LX和第二电极19SX设置为它们之间具有一定的距离。如图4所示，在第二方向延伸的每个第二电极19LX的一个端部连接到Y线发生器 32以通过对应的开关33LX给第二电极组19施加预定的电压，而每个第二电极19LX的另一端通过对应的开关34LX接地。每个第二电极19SX的一个端部通过对应的开关33SX连接到Y线发生器32，而其另一端通过对应的开关34SX接地。在上述构造中，通过使X线发生器31和Y线发生器32产生预定的电压且适当切换开关33LY和;34LY、开关33SY和!34SY、开关33LX和!34LX以及开关33SX和!34SX，液晶透镜阵列单元10的任意区域可设定到二维显示模式或三维显示模式。通过不使X线发生器31和Y线发生器32产生预定的电压，即通过不给液晶透镜阵列单元10提供功率，液晶透镜阵列单元10的全部区域可设定到二维显示模式，而与其方向无关。考虑到智能电话1的典型使用，可以想到液晶透镜阵列单元10的全部区域设定到二维显示模式的状态将在其使用时间中占据最长的时间。因此，与液晶透镜阵列单元10通常被提供功率以将其全部区域设定到二维显示模式的构造相比，能够降低功耗。[液晶透镜阵列单元的制造]
在制造液晶透镜阵列单元10时，诸如ITO(氧化铟锡)膜的透明导电膜以预定的图案形成在由玻璃材料等形成的第一基板14和第二基板17上，以形成第一电极组16和第二电极组19。取向膜15和18通过用布在一个方向上摩擦诸如聚酰亚胺的高分子化合物的摩擦方法或者SiO的倾斜沉积方法形成。从而，液晶分子13的椭圆的长轴在所述方向上取向。为了保持第一基板14和第二基板17之间的距离d为常数，玻璃材料或者树脂材料形成的间隔物12分散在密封构件中的材料被印刷在取向膜15和18上。然后，第一基板 14和第二基板17彼此接合，并且固化包含间隔物的密封构件。其后，预定的液晶材料从密封构件的开口注入到第一基板14和第二基板17之间，然后封闭该密封构件的开口。将液晶成分加热到各向同性的相态，然后慢慢冷却，从而完成液晶透镜阵列单元10。在液晶透镜阵列单元10中，因为随着液晶分子13的折射率各向异性Δη的增加， 可以获得更加优良的透镜效应，所以优选液晶材料具有这样的成分。另一方面，当液晶成分具有大的折射率各向异性Δη时，液晶成分的物理特性受到损害并且粘度增加。从而，液晶成分可能被不适当地注入在基板之间，液晶成分可能变得接近低温下的晶体，或者液晶成分的内部电场可能增加，因此增加了液晶单元的驱动电压。因此，优选考虑可制造性和透镜效应二者来确定液晶材料的成分。液晶材料的具体成分将在稍后所述的示例中详细描述。[液晶透镜阵列单元控制器的制造]图5是示出设置在智能电话1中以控制液晶透镜阵列单元10的液晶透镜阵列单元控制器的构造的示意图。液晶透镜阵列单元控制器40包括倾斜度传感器41、操作输入单元42、控制器43、 X线电压控制器44、Y线电压控制器45和开关控制器46。倾斜度传感器41检测智能电话1的主体的倾斜度，并将检测结果发送到控制器 43。操作输入单元42接收用户的操作并且将对应于该操作的操作信号输出到控制器43， 该用户的操作可以是指定将被设定到三维显示模式的区域(在下文，也称为“三维显示区域”)或者指定显示器2的显示方向。根据倾斜度传感器41的检测结果或者来自操作输入单元42的操作信号，控制器 43确定显示器2的显示方向并且确定设置到显示器2屏幕上的三维显示区域。该确定可以根据倾斜度传感器41的检测结果以及执行中的应用控制来进行，而不依赖于基于用户操作的操作信号。控制器43根据上述确定来控制X线电压控制器44、Υ 线电压控制器45和开关控制器46。X线电压控制器44在控制器43的控制下控制X线发生器31以产生预定的电压。 Y线电压控制器45在控制器43的控制下控制Y线发生器32以产生预定的电压。在控制器43的控制下，开关控制器46切换连接到第一电极组16和第二电极组19的开关33LY和 ;34LY、开关 33SY 和;34SY、开关 33LX 和!34LX 以及开关 33SX 和!34SX。[对应于显示器状态和显示模式的切换控制]下面，将参考图6A和6B至图9A和9B描述与显示器2的状态(在垂直方向长的状态还是水平方向长的状态下使用)和显示模式(二维显示模式或三维显示模式)对应的开关33LY和34LY、开关33SY和34SY、开关33LX和34LX以及开关33SX和34SX的状态。假设图6A和6B至图9A和9B中的X线发生器31和Y线发生器32分别产生预定
12的电压(稍后将参考图IlA至IlC描述)。在图6A和6B至图9A和9B中，提供有预定电压的电极用黑色表示，而没有被提供预定电压的电极用点表示。如图6A所示，当显示器2在水平方向长的状态下使用且整个表面设定到三维显示模式时，第一电极组16的所有电极被提供预定的电压，如图6B所示。第二电极组19中具有较小宽度的所有第一电极19LX被提供预定电压。如图7A所示，当显示器2在垂直方向长的状态下使用且整个表面设定到三维显示模式时，第一电极组16中具有较小宽度的所有第一电极16LY被提供预定的电压，如图7B 所示。第二电极组19的所有电极被提供预定的电压。如图8A所示，当显示器2在水平方向长的状态下使用且具有任意尺寸的三维显示区域提供在任意位置时，第一电极组16中与三维显示区域对应的第一电极16LY和第二电极16SY提供有预定的电压，如图8B所示。第二电极组19中仅与三维显示区域对应的第一电极19LX提供有预定电压。如图9A所示，当显示器2在垂直方向长的状态下使用且具有任意尺寸的三维显示区域提供在任意位置时，第一电极组16中仅与三维显示区域对应的第一电极16LY提供有预定电压，如图9B所示。第二电极组19中与三维显示区域对应的第一电极19LX和第二电极19SX提供有预定电压。图10示出了在图6A和6B至图9A和9B所示的液晶透镜阵列单元10中电极的电压施加状态与产生的透镜效应之间的关系。如上所述，在根据该实施例的液晶透镜阵列单元10中，可以在屏幕上的任意位置以任意尺寸提供三维显示区域，而与显示器2的状态(垂直方向长的状态或水平方向长的状态)无关。[X线发生器和Y线发生器产生的电压]下面，将参考图IlA至IlC描述由X线发生器31和Y线发生器32产生且施加给电极的电压。图IlA示出了 X线发生器31和Y线发生器32产生的电压波形的示例。如图IlA 所示，X线发生器31以+Vx、-Vx、+Vx、-Vx...的顺序产生频率为30Hz以上的矩形波形的电压。相反3线发生器32以-￥7、+￥7、-￥7、+￥7...的顺序产生周期相同的矩形波形的电压。 就是说，X线发生器31和Y线发生器32产生振幅几乎相同(Vx = Vy)而相位相差180°的电压。图IlB示出了与图6A所示的状态对应的在垂直方向上的电极的电势。具体地讲， 图IlB的上侧示出了第二电极组19中对应于第一电极19LX的部分的电压波形，而图IlB 的下侧示出了对应于第二电极19SX的部分的电压波形。当实现图6A所示的状态时，使液晶分子13发生取向变化的预定电势差在上下透明电极之间产生在与第二电极组19的与第一电极19LX对应的部分中，在上下透明电极之间插设有液晶层11。具体地讲，构成第一电极组16的电极的靠近X线发生器31的开关全部导通以将公共电压(振幅为Vx)施加给构成第一电极组16的电极。在构成第二电极组19的多个电极当中，仅第一电极19LX连接到Y线发生器32，从而电压(振幅为Vy)选择性地施加给第一电极19LX。构成第二电极组19的多个电极当中的第二电极19SX接地。
这里，当X线发生器31和Y线发生器32产生图IlA所示的电压时，具有电压振幅 (Vx+Vy)的矩形波施加在第二电极组19的第一电极19LX和第一电极组16的位于与第一电极19LX对应的部分中的电极之间，如图IlB的上侧所示。另一方面，具有电压振幅Vx = Vy =(Vx+Vy)/2的矩形波施加在第二电极组19的第二电极19SX和第一电极组16的位于与第二电极19SX对应的部分中的电极之间，如图IlB的下侧所示。此时，当电压振幅等于或小于液晶的阈值电压时，在与第二电极19SX对应的部分中实际上不会引起液晶分子13的运动，但是液晶分子13的初始取向分布(S卩，折射率分布)可由第二电极19SX的横向电场引起。图IlC示出了与图7A所示的状态对应的在垂直方向上的电极的电势。具体地讲， 图lie的上侧示出了第一电极组16中对应于第一电极16LY的部分的电压波形，图IlC的下侧示出了对应于第二电极16SX的部分的电压波形。当实现图7A所示的状态时，使液晶分子13发生取向变化的预定电势差在上下透明电极之间产生在第一电极组16的与第一电极16LY对应的部分中，在上下透明电极之间插设有液晶层11。具体地讲，构成第二电极组19的电极的靠近Y线发生器32的开关全部导通以将公共电压(振幅为Vy)施加给构成第二电极组的电极。在构成第一电极组16的多个电极当中，仅第一电极16LY连接到X线发生器31，从而电压(振幅为Vx)选择性地施加给第一电极16LY。构成第一电极组16的多个电极当中的第二电极16SY接地。这里，当X线发生器31和Y线发生器32产生图IlA所示的电压时，具有电压振幅 (Vx+Vy)的矩形波施加在第一电极组16的第一电极16LY和第二电极组19的位于与第一电极16LY对应的部分中的电极之间，如图IlC的上侧所示。另一方面，具有电压振幅Vx = Vy =(Vx+Vy)/2的矩形波施加在第一电极组16的第二电极16SY和第二电极组19的位于与第二电极16SY对应的部分中的电极之间，如图IlC的下侧所示。此时，当电压振幅等于或小于液晶的阈值电压时，在与第二电极16SY对应的部分中实际上不会引起液晶分子13的运动，但是液晶分子13的初始取向分布(S卩，折射率分布)可由第二电极16SY的横向电场引起。当整个液晶层11设定到非透镜效应的状态时，优选第一电极组16的电极和第二电极组19的电极设定为具有相同的电势(OV)。就是说，如图4所示，由X线发生器31和Y 线发生器32产生的电压设定到0V，以使电极接地。在此情况下，因为液晶分子13在由取向膜15和18限定的预定方向上取向均勻，所以建立了非透镜效应的状态。[示例]下面，将描述根据该实施例的智能电话1的具体示例。在液晶透镜阵列单元10中，如上所述，由ITO形成的第一电极组16和第二电极组 19利用已知的光刻法和已知的湿蚀刻或者干蚀刻法形成在由玻璃材料等形成的第一基板 14和第二基板17上。取向膜15和18通过用聚酰亚胺对电极进行旋涂且烘焙得到的结构而形成。在对材料进行烘焙之后，取向膜15和18的表面经受摩擦工艺，并用IPA等清洗， 然后加热且干燥。在将得到的结构冷却之后，第一基板14和第二基板17以约30至50 μ m 的距离而彼此接合，从而它们的摩擦方向彼此相反。上述距离通过在整个表面上分散间隔物来保持。其后，液晶材料利用真空注入法从密封构件的开口注入，并且密封该密封构件的开口。液晶单元加热到各向同性的相态，并且缓慢冷却。作为典型的向列液晶的 MBBA(p-methoxybenzylidene-p，-butyIaniline :p-甲氧亚苄基-P’ - 丁基苯胺)用作液晶层11的液晶材料。折射率各向异性Δη在20°C时为 0. 255ο
图12示出了显示面板20的示例。在显示面板20中，R、G和B的像素设置成矩阵形状。对于液晶透镜阵列单元10中形成的圆柱透镜的节距P，显示面板20中的像素数设定到N(其中N是等于或大于2的整数)。在三维显示模式的区域中，呈现对应于N的光束 (可视光线)。像素尺寸为70. 5 μ m且规格为WVGA (864 X 480像素)的3英寸TFT-IXD面板用作显示面板20。图13A和1 示出了稍后描述的根据第一至第三示例的液晶透镜阵列单元10的电极结构，其中图13A示出了第二基板17的电极结构，而图1 示出了第一基板14的电极结构。如图所示，第一基板14的电极和第二基板17的电极在第一至第三示例中彼此垂直。这样，当第一基板14的电极和第二基板17的电极彼此垂直时，可能发生下面的问题。就是说，当显示面板20在图7A和7B所示的垂直方向长的状态下使用时，由于如图12 所示的显示面板20的R、G和B像素在X方向上的布置，在观看者所观看的三维显示中可能容易产生波纹。因此，为了抑制在三维显示中产生波纹，第一基板14的电极和第二基板17的电极彼此不垂直，而是在后述的第四至第六示例中具有预定的角度。图14A和14B示出了稍后描述的根据第四至第六示例的液晶透镜阵列单元10的电极结构，其中图14A示出了第二基板17的电极结构，而图14B示出了第一基板14的电极结构。如图所示，在第四至第六示例中第一基板14的电极和第二基板17的电极形成为具有(90- θ )的角度。这里，θ满足 tan—e =1/3。图15示出了与第一至第六示例对应的各种设计参数值。N表示对于显示面板20 的每个透镜节距P的像素数，并且图2所示的电极宽度Lx、Sx、Ly和Sy、电极间距离a以及基板间距离d的大小以单位μπι表示。从X线发生器31和Y线发生器32提供的功率采用频率为30Hz以上的矩形波，其电压振幅范围为5至IOV并根据透镜节距ρ或者基板间距离d来调整。通常，随着基板间距离d的增加，需要将电压振幅设定到较高的值。下面，将描述对第一至第六示例的评测。因为用于确定三维显示好坏的清楚标准目前尚未普及，因此用作标准的是确定三维显示能否通过下面的简单技术来识别。图16示出了第一至第六示例中的三维显示的可视性能的评测概念。如图所示，蓝色像素和红色像素这两个像素对应于由液晶透镜阵列单元10产生的圆柱透镜。如图所示， 使右眼和左眼分别观看到蓝色和红色的显示图案被输出到显示面板20以进行显示。照相机设置在对应于右眼和左眼的位置以给图像拍照，并且用作确定红色和蓝色是否分别被观
15看到的标准。在二维显示模式的区域中，红色和蓝色混合且被看成为紫罗兰色。关于驱动振幅电压，它逐渐增加，恰好饱和前的电压值用作驱动电压，饱和是指可视性随着电压的增加几乎不改变的状态。施加给电极的矩形波的电压振幅V设定为V = 2Vx = 2Vy。通过施加OV而将三维显示模式切换到二维显示模式的时间(2D切换响应时间)也被观察以作为评测项目。关于屏幕上三维显示区域的位置，如图17A和17B所示，屏幕分成9个区域，并且各区域依次设定为三维显示区域。结果，甚至在任意状态下(垂直方向长的状态或水平方向长的状态)将任意区域设定为三维显示区域时，也可以获得相同的透镜效应。第一至第六示例在下面五种状态下的评测结果如下。用法1 (其中整个表面设定为二维显示模式)在所有的第一至第六示例中，整个表面在视觉评测中观看到紫罗兰色，并且可看到二维显示，就像液晶透镜阵列单元10没有设置在显示面板20上一样。用法2 (其中整个表面在水平方向长的状态下设定到的三维显示模式)在所有的第一至第六示例中，左眼位置处观察到红色，右眼位置处观察到蓝色。就是说，能看到由液晶透镜阵列单元10实现的三维显示模式。用法3 (其中整个表面在垂直方向长的状态下设定到的三维显示模式)在所有的第一至第六示例中，左眼位置处观察到红色，右眼位置处观察到蓝色。就是说，能够看到由液晶透镜阵列单元10实现的三维显示模式。然而，在第一至第三示例中， 当白色显示在整个表面上或者类似情况时，观察到红色、蓝色和绿色的所谓条状波纹，因此缺乏视觉舒适感。用法4(其中三维显示区域在水平方向长的状态下设置在屏幕的中心)在所有的第一至第六示例中，在二维显示模式的区域中观察到紫罗兰色，而与三维显示模式和二维显示模式的边界位置无关。另一方面，在三维显示模式的区域中，左眼位置处观察到红色，右眼位置处观察到蓝色。就是说，能够看到由液晶透镜阵列单元10实现的三维显示模式。用法5 (其中三维显示区域在垂直方向长的状态下设置在屏幕的中心)在所有的第一至第六示例中，在二维显示模式的区域中观察到紫罗兰色，而与三维显示模式和二维显示模式的边界位置无关。另一方面，在三维显示模式的区域中，左眼位置处观察到红色，右眼位置处观察到蓝色。就是说，能够看到由液晶透镜阵列单元10实现的三维显示模式。然而，在第一至第三示例中，当白色显示在整个表面上或者类似情况时， 观察到红色、蓝色和绿色的所谓条状波纹，因此缺乏视觉舒适感。图18示出了用法1至5中第一至第六示例的评测结果。在附图中，二维显示和三维显示的评测结果依次从最好的结果开始以双圆◎、单圆〇、三角形Δ和十字叉X示出。 双圆◎表示红色和蓝色可以分别令人满意地看到。三角形Δ表示观看到分开红色和蓝色的临界状态。单圆〇表示可视性介于双圆◎和三角形Δ之间。如上所述，根据该实施例，能够进行三维显示而与屏幕的纵向方向的取向无关，就是说，不取决于在垂直方向长的状态或者水平方向长的状态下使用，并且能够屏幕的任意位置处形成具有任意尺寸的三维显示区域。本发明不限于上述实施例，而是可修改为各种形式且不偏离本发明的概念。
本申请包含2010年7月9日提交至日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-156649中公开的相关主题事项，其全部内容通过弓I用结合于此。
权利要求
1.一种透镜阵列单元，包括第一基板和第二基板，设置为彼此相对，并且相隔一定的距离；第一电极组，形成在所述第一基板的面对所述第二基板的表面上，并且构造为在第一方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置；第一开关组，将给所述第一电极组施加电压的第一电压发生器连接到所述第一电极组的电极；第二电极组，形成在所述第二基板的面对所述第一基板的表面上，并且构造为在非所述第一方向的第二方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置；第二开关组，将给所述第二电极组施加电压的第二电压发生器连接到所述第二电极组的电极；以及液晶层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间，包含折射率各向异性的液晶分子， 并且根据施加给所述第一电极组和所述第二电极组的电压通过改变所述液晶分子的取向方向而引起透镜效应，其中与由平行于所述第一方向的线段和平行于所述第二方向的线段限定的区域对应的液晶层的透镜效应通过切换所述第一开关组和所述第二开关组而改变。
2.根据权利要求1所述的透镜阵列单元，其中给所述第一电极组和所述第二电极组施加的电压的状态通过切换所述第一开关组和所述第二开关组而改变，并且所述液晶层电切换到非透镜效应状态、第一透镜状态和第二透镜状态中的任何一个，在所述非透镜效应状态中由平行于所述第一方向的线段和平行于所述第二方向的线段限定的区域不发生透镜效应，在所述第一透镜状态中发生如同在所述第一方向上延伸第一圆柱透镜的透镜效应， 在所述第二透镜状态中发生如同在所述第二方向上延伸第二圆柱透镜的透镜效应。
3.根据权利要求2所述的透镜阵列单元，其中当所述第一电极组的所述多个电极与所述第二电极组的所述多个电极电势相同时，所述液晶层切换到所述非透镜效应状态，当公共电压施加给所述第一电极组的所有的所述多个电极且驱动电压仅选择性地施加给所述第二电极组的所述多个电极中位于与所述第二圆柱透镜的透镜节距对应的位置处的电极时，所述液晶层切换到所述第二透镜状态，并且当公共电压施加给所述第二电极组的所有的所述多个电极且驱动电压仅选择性地施加给所述第一电极组的所述多个电极中位于与所述第一圆柱透镜的透镜节距对应的位置处的电极时，所述液晶层切换到所述第一透镜状态。
4.根据权利要求1所述的透镜阵列单元，其中所述第一电极组包括在所述第一方向上延伸且具有第一宽度的多个第一电极和在所述第一方向上延伸且具有大于第一宽度的第二宽度的多个第二电极，并且所述第一电极组构造为所述第一电极和所述第二电极平行地交替设置，而且所述第二电极组包括在所述第二方向上延伸且具有第一宽度的多个第一电极和在所述第二方向上延伸且具有大于第一宽度的第二宽度的多个第二电极，并且所述第二电极组构造为所述第一电极和所述第二电极平行地交替设置。
5.根据权利要求4所述的透镜阵列单元，其中当所述第一电极组的所述多个电极与所述第二电极组的所述多个电极电势相同时，所述液晶层切换到所述非透镜效应状态，当公共电压施加给所述第一电极组的所有的所述多个电极且驱动电压仅选择性地施加给所述第二电极组的所述多个电极中的所述第一电极时，所述液晶层切换到所述第二透镜状态，并且当公共电压施加给所述第二电极组的所有的所述多个电极且驱动电压仅选择性地施加给所述第一电极组的所述多个电极中的所述第一电极时，所述液晶层切换到所述第一透镜状态。
6.根据权利要求5所述的透镜阵列单元，其中当所述驱动电压仅选择性地施加给所述第二电极组的所述多个电极中的所述第一电极且所述第二电极接地时，所述液晶层切换到所述第二透镜状态，并且当所述驱动电压仅选择性地施加给所述第一电极组的所述多个电极中的所述第一电极且所述第二电极接地时，所述液晶层切换到所述第一透镜状态。
7.根据权利要求6所述的透镜阵列单元，其中当所述公共电压施加给所述第一电极组的所有的所述多个电极且第二驱动电压仅选择性地施加给所述第二电极组的所述多个电极中的所述第一电极时，所述液晶层切换到所述第二透镜状态，当所述公共电压施加给所述第二电极组的所有的所述多个电极且第一驱动电压仅选择性地施加给所述第一电极组的所述多个电极中的所述第一电极时，所述液晶层切换到所述第一透镜状态，并且所述第一驱动电压和所述第二驱动电压是电压振幅相同而相位相差180°的矩形波。
8.根据权利要求4所述的透镜阵列单元，其中所述第一电极组的所述第一电极以与所述第一圆柱透镜的透镜节距对应的间隔设置，并且所述第二电极组的所述第一电极以与所述第二圆柱透镜的透镜节距对应的间隔设置。
9.根据权利要求1所述的透镜阵列单元，其中所述第一方向和所述第二方向彼此垂直，并且所述液晶层电切换到所述第一方向上的透镜效应状态或者所述第二方向上的透镜效应状态。
10.根据权利要求1所述的透镜阵列单元，其中所述第二方向与所述第一方向以 (90° -Θ)的角度交叉，并且所述液晶层电切换到所述第一方向上的透镜效应状态或者所述第二方向上的透镜效应状态。
11.根据权利要求10所述的透镜阵列单元，其中θ满足tad= 1/3。
12.—种透镜阵列单元，包括第一基板和第二基板，设置为彼此相对，并且相隔一定的距离；液晶层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间；第一电极组，包括在所述第一方向上延伸的多个电极；第一开关组，将给所述第一电极组施加电压的第一电压发生器连接到所述第一电极组的电极；第二电极组，包括在非所述第一方向的第二方向上延伸的多个电极；以及第二开关组，将给所述第二电极组施加电压的第二电压发生器连接到所述第二电极组的电极，其中通过切换所述第一开关组和所述第二开关组，与特定区域对应的所述液晶层被切换到所述第一方向上的透镜效应状态或所述第二方向上的透镜效应状态。
13.一种图像显示装置，包括 显示面板，进行图像显示；透镜阵列单元，设置为与所述显示面板的显示表面相对，并且选择性地改变来自所述显示面板的光束的通过状态；检测装置，用于检测设置为与所述透镜阵列单元相对的所述显示面板被使用的方向； 设定装置，用于在屏幕上设定一区域；以及开关控制装置，用于控制开关， 其中所述透镜阵列单元包括第一基板和第二基板，设置为彼此相对，并且相隔一定的距离， 第一电极组，形成在所述第一基板的面对所述第二基板的表面上，并且构造为在第一方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置；第一开关组，将给所述第一电极组施加电压的第一电压发生器连接到所述第一电极组的电极；第二电极组，形成在所述第二基板的面对所述第一基板的表面上，并且构造为在非所述第一方向的第二方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置；第二开关组，将给所述第二电极组施加电压的第二电压发生器连接到所述第二电极组的电极；以及液晶层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间，包含折射率各向异性的液晶分子， 并且根据施加给所述第一电极组和所述第二电极组的电压通过改变所述液晶分子的取向方向而引起透镜效应，并且根据检测到的所述显示面板被使用的方向和所述屏幕上的设定区域，所述开关控制装置切换所述第一开关组和第二开关组，从而改变与所述区域对应的液晶层的透镜效应。
14.根据权利要求13所述的图像显示装置，其中给所述第一电极组和所述第二电极组施加的电压的状态通过切换所述第一开关组和所述第二开关组而改变，并且所述液晶层电切换到非透镜效应状态、第一透镜状态和第二透镜状态中的任何一个，在所述非透镜效应状态中由平行于所述第一方向的线段和平行于所述第二方向的线段限定的区域不发生透镜效应，在所述第一透镜状态中发生如同在所述第一方向上延伸第一圆柱透镜的透镜效应，在所述第二透镜状态中发生如同在所述第二方向上延伸第二圆柱透镜的透镜效应。
15.根据权利要求14所述的图像显示装置，其中通过将所述透镜阵列单元切换到所述非透镜效应状态、所述第一透镜状态和所述第二透镜状态之一，显示状态被电切换到二维显示或三维显示。
16.根据权利要求15所述的图像显示装置，其中通过将所述透镜阵列单元设定到所述非透镜效应状态并且不偏转而是透射来自所述显示面板的显示图像光束，实现所述二维显示，通过将所述透镜阵列单元设定到所述第一透镜状态且将来自所述显示面板的所述显示图像光束偏转到垂直于所述第一方向的方向上，实现当两眼位于垂直于所述第一方向的方向上时能获得立体效果的所述三维显示，以及通过将所述透镜阵列单元设定到所述第二透镜状态并且将来自所述显示面板的所述显示图像光束偏转到垂直于所述第二方向的方向上，实现当两眼位于垂直于所述第二方向的方向上时能获得立体效果的所述三维显示。
全文摘要
本发明提供一种透镜阵列单元和图像显示装置。该透镜阵列单元包括第一和第二基板，设置为彼此相对并相隔一定的距离；第一和第二电极组，第一电极组形成在第一基板的面对第二基板的表面上并构造为在第一方向上延伸的多个电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置，第二电极组形成在第二基板的面对第一基板的表面上并构造为在第二方向上延伸的电极在宽度方向上以一定的间隔平行设置；第一和第二开关组，分别将给第一和第二电极组施加电压的第一和第二电压发生器连接到第一和第二电极组的电极；以及液晶层，设置在第一和第二基板之间，包含折射率各向异性的液晶分子，并且根据施加给第一和第二电极组的电压通过改变液晶分子的取向方向而引起透镜效应。
文档编号G02B27/22GK102314028SQ201110183689
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月9日
发明者佐藤能久, 坂本祥, 高桥贤一 申请人:索尼公司